금속가공

금속가공

금속가공 (金屬加工)은 금속 재료를 가공하는 기술을 말한다. 금속가공은 소성가공과 절삭가공으로 분류된다. 금속가공은 유용한 물체, 부품, 조립품 및 대규모 구조물을 만들기 위해 금속을 성형하고 재구성하는 과정이다.

개요

금속가공의 역사적 뿌리는 기록된 역사보다 앞서 있으며 그 사용은 문화, 문명, 그리고 천년에 걸쳐 있다. 간단한 수공구로 금과 같은 부드러운 천연 금속을 성형하는 것에서 철과 같은 단단한 금속의 용융과 열간 단조, 기계 가공과 용접과 같은 고도로 기술적인 현대 공정으로 발전했다. 그것은 산업, 무역의 원동력, 개인의 취미, 예술의 창조로 사용되어 왔고 과학이자 공예로 여겨질 수 있다. 현대 금속가공 공정은 다양하고 전문적이지만 성형, 절단 또는 결합 공정으로 알려진 세 가지 광범위한 영역 중 하나로 분류할 수 있다. 일반적으로 기계 공장으로 알려진 현대의 금속가공 작업장은 매우 정밀하고 유용한 제품을 만들 수 있는 다양한 전문 또는 범용 공작기계를 보유하고 있다. 대장간과 같은 많은 간단한 금속가공 기술은 더 이상 선진국에서 경제적으로 경쟁력이 없다. 그들 중 일부는 여전히 저개발국, 장인 또는 취미 작업, 또는 역사적 재현을 위해 사용되고 있다.

목적

금속은 사실 여러 가지로 가공하기 쉬운 재료이다. 우리의 생활을 들여다보더라도 금속 가공한 제품에 넘치고 있다. 금속 가공한 제품은 냉장고에 세탁기, 전자레인지 등 생활 필수품에도 존재하며 금속판이나 나사로도 없어서는 안 되는 하나로서 존재하고 있다. 또한 의외로 스마트폰 등은 금속 가공 중 절삭 가공과 연마가 구사되고 있다. 즉, 금속가공의 목적은 바로 우리의 생활을 더 편안하게 보다 풍요롭게 하는 것이라고 해도 과언이 아니다. 금속을 가공하며 사람들의 생활은 보다 풍요롭게 성장하였다. 금속 재료의 성질을 알아낸 뒤 그것을 마음대로 만드는 금속 가공 기술자인 당신은 현대 생활의 풍요와 편리성을 담당하는 전문가라고 할 수 있다. 금속을 다룬다는 것은 그 성질을 알고 금속 가공법으로 강점을 충분히 끌어내는 데 있다.그 양 축을 잘 통제한 뒤에야 뛰어난 제품이 출현하는 것이다.

소성가공

소성가공은 소성을 이용하여 재료를 소정의 형상, 치수의 제품으로 성형하는 방법으로 비 절삭가공이라고도 한다. 일반적으로 고체 물질에 힘을 가해 변형시킬 경우 힘이 작은 동안은 그 힘을 제거하면 물체의 형상은 본래의 형상으로 되돌아가는데 이 성질을 탄성이라 한다. 힘을 점차 크게 가하면 마침내 힘을 제거해도 물체의 형상은 원래대로 되돌아가지 않게 되는데 이것이 소성변형이다. 또 고체가 갖는 이 성질을 소성이라 한다. 일상생활에서 흔히 접할 수 있는 금속 제품의 대부분이 소성가공의 공정을 거쳐 제품화되며 이 가공은 금속가공의 중요 분야를 차지한다. 소성가공에는 압연, 압출, 단조(鍛造), 전단(剪斷), 인발(引拔), 프레스가공, 교정(矯正) 등의 각종 가공법이 있으며 각각의 가공명을 붙인 기계장치에 의해 가공된다. 압연, 압출 및 단조는 고온으로 가열한 상태나 실온에서 가공되지만 나머지는 주로 실온에서 가공된다. 금속재료는 소성가공에 의해 강도나 그 밖의 성질이 개선된다. 가공열처리라 하여 가열 온도와 소성가공을 잘 조합함으로써 더욱 제품 강도를 높이는 방법도 개발되어 있다. 소성가공은 동일한 형상, 치수의 물건을 다량 생산하는 데 적합한 수단으로서 기계장치 및 사용 공구의 고정밀도화에 따라 고정밀도 제품을 효율적으로 생산하는 방향으로 발전하였으며 특히 압연 가공에서는 자동제어기술의 도입이 눈에 띄는 성과를 거두었다. 제품의 형상에 따라서는 절삭가공으로 만드는 것도 있는데 소성가공은 찌꺼기가 나오지 않는 가공이므로 재료의 유효 이용면에서 절삭가공보다 유리하나 제품정밀도 면에서는 절삭에 미치지 못한다. 한편 판, 관, 선재와 같이 소성가공이 아니면 만들 수 없는 것도 있는데 예를 들면 관을 압연이나 압출로도 만들 수 있는 것과 같이 같은 물건을 다른 종류의 소성가공으로 만드는 경우도 많다. 최근 용도의 다양화로 다품종소량생산의 요구가 소성가공 분야에서도 높아지고 있어 이에 적응할 수 있게 컴퓨터를 도입하여 로봇을 활용하는 자동화기술이 압연 이외의 분야에도 도입되어 성과를 거두고 있으며 에너지 절약에도 기여하고 있다. 한편, 소성가공은 금속만이 아닌 플라스틱이나 금속과 비금속의 복합재료에도 실시된다.

• 압연(壓延, rolling): 회전하는 롤(원주형의 공구) 사이에 판상이나 봉상의 재료를 통과시켜 두께와 단면적을 감소시켜 판재, 형재, 관재, 봉재, 선재로 성형하는 가공법이다. 재료의 재결정온도(再結晶溫度, recrystallization temperature) 이상에서의 압연을 열간압연(熱間壓延, hot rolling)이라 하고, 그 이하의 온도에서의 압연을 냉간압연(冷間壓延, cold rolling)이라고 한다.
• 압출(押出, extruding): 컨테이너(container)에 빌릿(billet)을 넣어 압봉으로 빌릿에 압력을 가하면 다이(die) 구멍으로 유출되어 봉재, 형재, 관재 등의 일정한 단면을 가진 제품을 만드는 가공법이다.
• 인발(引拔, drawing): 압출과 반대로 가는 구멍을 가진 다이(die)에 재료를 통과시켜 그 끝을 척으로 잡아당겨 다이 공형과 동일한 단면의 봉을 선 및 관재로 가공하는 가공법이다.
• 단조(鍛造, forging): 강체공구를 이용하여 재료를 압축 변형시켜 결정립을 미세하게 하여 결정 조직을 균일하게 하는 동시에 재료를 원하는 형상으로 성형하는 가공법이다. 쉽게 말해 해머로 재료를 두드리는 가공법이다.
• 드로잉(drawing): 평판으로부터 이음매가 없는 중공 용기를 만드는 대표적인 성형법이다. 다이 표면 위에 있는 재료를 원주 방향으로 줄이면서 펀치와 다이 사이를 이동시켜 측벽을 만드는 가공법이다.
• 전단(剪斷, shearing): 목적에 맞는 형상의 공구를 이용하여 판재나 봉재를 전단 변형시켜 최종적으로 파괴가 될 때까지 목적으로 하는 형상과 치수로 재료를 절단, 분리하는 가공법이다. 이러한 가공은 프레스 기계를 이용한다.

참고자료

• 〈금속가공〉, 《위키백과》

같이 보기

• 가공

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